1、 毕业设计（论文）开题报告 学学 院院 机电工程与自动化学院机电工程与自动化学院 专专 业业 电气工程及其自动化电气工程及其自动化 学学 号号 姓姓 名名 指导教师指导教师 日日 期期 课题名称课题名称 基于 Ansys 的磁悬浮平台仿真研究 课题来源课题来源 自拟自拟 一 、 课 题 背 景 及 意 义 一 、 课 题 背 景 及 意 义 （课题的立题依据及研究意义）（课题的立题依据及研究意义） 本课题研究的磁悬浮平台是磁悬浮技术研究领域里的热点之一。磁悬 浮平台技术是一种综合了电磁学、控制理论及电力电子技术等众多领域的 交叉学科技术，具有无接触、无摩擦、无噪声、长寿命、结构新颖等优势， 因
2、而在航空航天、微电子制造、精密定位、微细加工等众多领域得到了广 泛发展和应用，也在磁悬浮技术研究领域中获得了越来越广泛的关注 12。本课题的研究内容主要包括：熟悉并了解磁悬浮平台的原理和控 制理论，熟练掌握 Ansys 有限元仿真建模和电磁场分析方法，针对磁悬浮 平台进行电磁场分析和原理验证的仿真实验。 二 、 课 题 研 究 现 状 及 发 展 趋 势 二 、 课 题 研 究 现 状 及 发 展 趋 势 （课题研究领域的发展现状及可能的发展方向）（课题研究领域的发展现状及可能的发展方向） 发展现状：发展现状： 磁悬浮平台技术是一种综合了电磁学、控制理论及电力电子技术等众 多领域的交叉学科技术
3、，具有无接触、无摩擦、无噪声、长寿命、结构新 颖等优势3。因而在航空航天、微电子制造、精密定位、微细加工等众 多领域得到了广泛发展和应用。磁悬浮平台的发展阶段主要分为三个方 面: 第一代磁悬浮技术，也称为吸力型磁悬浮技术，是靠磁性材料之间的 吸引力克服物体的重力使其悬浮; 第二代磁悬浮技术，也称为斥力型磁悬 浮技术，是靠磁性材料之间的斥力克服物体的重力使其悬浮; 第三代磁悬 浮技术，也称为混合型磁悬浮技术，磁性材料之间既有吸引力也有斥力， 二者相互作用克服重力使其悬浮。 磁悬浮技术的研究源于德国，它利用磁力使物体悬浮起来，满足机械 运动装置高速、低磨损、低能耗的需要，并提高振动控制水平。磁悬浮
4、技 术集成了电磁学、电子技术、控制工程、机械动力学等多学科的知识。早 期的磁悬浮技术研究非常缓慢，20 世纪 60 年代以来，由于控制理论的飞 速发展、数字控制技术的引入以及电子技术和磁性材料技术的发展，使 得磁悬浮技术的研究取得了很大进展。其在工程上的成熟应用是磁悬浮轴 承4和磁悬浮列车5。磁悬浮列车根据悬浮原理的不同分为常导型和超 导型两大类。前者以德国高速常导磁浮列车 Transrapid 为代表，后者以 日本磁悬浮列车为代表。磁悬浮轴承大体分为传统的磁悬浮轴承( 需要位 置传感器) 和无传感器的磁悬浮轴承。我国从 20 世纪 80 年代初开始了 磁悬浮技术的基础研究。 目前，利用磁悬浮
5、技术的磁悬浮装置主要有吸力型和斥力型，两者都 是通过霍尔传感器检测磁密的大小来间接反映出悬浮磁体的偏移，来改变 线圈中电流大小，从而达到控制悬浮磁场强弱的目的，使得悬浮物所受磁 拉力与重力达到平衡，实现悬浮。吸力型的线圈位于悬浮物上方且两者之 间的作用力为吸力，但由于悬浮物的磁拉力完全由线圈提供，导致系统功 率、体积都偏大。斥力型的线圈则位于悬浮物的下方。无论是吸力型或是 二 、 课 题 研 究 现 状 及 发 展 趋 势 二 、 课 题 研 究 现 状 及 发 展 趋 势 斥力型，常用的控制都是基于普通 PID 控制，普通 PID 会引起微分振荡 问题，导致系统稳定性和动态性能不佳6。 按作
6、用力可大致分为 2 类78: 第一类中悬浮力和推力由不同部 件分别完成，这直接从机械结构上实现了悬浮力和推力间的解耦，控制较 为简单，但是机械结构复杂，要求加工精度很高，工艺复杂; 第二类中悬 浮力和推力由同一部件提供，该种结构下，悬浮力与水平驱动力之间存在 强烈的非线性耦合，控制较为复杂，但是机械结构简单，对加工精度要求 不高，是未来的发展趋势。 按磁悬浮定位平台的运动维度又可分为: 一维、二维和三维的磁悬浮 平台9。其中一维磁悬浮平台多是应用在直线电机中，其动子部件采用 磁轴承式结构或是导轨式结构实现磁浮支撑， 其中导轨式有U 型和V 型， ; 二维磁悬浮定位平台( 也称为磁悬浮平面电机) 的运用较为广泛，采用 z 向磁浮支撑加平面电机可实现平面定位运动( x、y 和 Rz) ; 三维磁悬浮 平台可实现空间( 6 个自由度) 定位运动。 根据电机加载电流的不同，磁悬浮定位平台可分为直流型和交流型。 直流型优点是可控性好但效率低，交流型优点是效率高但控制复杂。目前 国内外基本上是采用 Halb
